李启洋
（贵州省公路工程集团有限公司，贵州 贵阳 550001）
摘要：结合某公路隧道浅埋软弱围岩段施工建设项目，阐述了15m管棚超前支护在其中的应用情况，并具体介绍其参数确定、施工技术、质量控制方面内容，从本工程实施效果表明，所采取的支护形式能形成牢固的棚状支护结构的拱形钢架支撑，确保隧道开挖施工安全性。希望能对类似的工程起到借鉴作用。
关键词：管棚超前支护；施工技术；参数确定
相比较于深埋隧道而言，浅埋隧道的难点主要是在于难以形成承载拱。浅埋隧道多数存在偏压地形，其表层具有风化带、软弱围岩、软弱堆积物等，这些特殊地形、地质问题都会影响到隧道开挖施工[1]。在开挖前后隧道会出现拱顶下沉急剧增大、隧道净空收缩、地表开裂等问题，甚至会有掌子面失稳问题出现。因此隧道施工中最需要解决的问题之一就是浅埋软弱围岩隧道施工问题。
浅埋软弱围岩隧道施工最需要解决的两个问题就是掌子面的稳定性和合理化施工。超前支护技术是一种有效的能够确保掌子面稳定性的手段，从其作用效果来看，超前支护技术能够取得以下几个方面作用：超前支护结构不仅可以视同为沿着隧道纵方向的梁结构，而且还能在掌子面上形成壳结构，因此具有一定的梁效果和壳效果；此外，该技术还能有效地改善隧道周边的围岩强度，达到改良的效果。
本工程为某公路隧道施工建设项目，这是一条分离式两车道高速公路隧道，隧道左右线分别长为751m和895m。本隧道主要是采取新奥法的设计方式，出口左右洞浅埋段最薄覆盖层，在35m范围的洞口内分别由弱风化石英岩、强风化组成，顶板是由风化裂隙，具有块状镶嵌结构和散体局部结构的残坡积层构成，这些围岩不太稳定，易发生塌陷问题。本工程主要是对洞口段采用15m管棚的超前支护技术。沿隧道将一排纵向钢管打入一定距离的衬砌外缘上，为了更好地使管棚能够紧密和围岩固结，从而提高钢管的强度，需要往管内注浆。在完成开挖之后，架设出能够形成牢固棚状支护结构的拱形钢架支撑。
表1 15m管棚超前支护的施工参数
参数 环向间距 倾角 施工误差 管棚（热轧无缝钢管U89） 孔口管（天缝钢管U89）标准 40cm 仰角1～3的 径向≦20cm 长度 壁厚 节长 壁厚 节长15m 6mm 3m/6m 6mm 2m
本工程的洞口浅埋软弱围岩段施工技术采用15m管棚超前支护的施工，开挖上下导坑。表1是15m管棚超前支护的施工参数。
钢管需要布设在具有120°圆心角的隧道拱部，管心与衬砌设计外廓线间距控制在40cm。管棚施工工序为开挖支护明洞边坡、仰坡→套拱施作→钻孔平台的搭设、钻机的安装→钻孔→清孔验孔→管棚钢管的安装→注浆。
2.1 开挖支护明洞边坡、仰坡
（1）在完成洞顶截水沟的施工之后就可以进行开挖明洞段，禁止在雨季进行施工。
（2）同步进行边坡防护和开挖明洞的施工，包括同时进行明洞边坡锚杆的施工、钢筋的挂设、混凝土喷射和坡面的封闭[2]。
（3）及时引排处理边坡上出现的渗水问题。
2.2 套拱的施作
（1）长管棚的导向墙是混凝土套拱，并且需要在明洞外廊线以外进行施作，将4榀工字型钢支撑埋设在套拱内。
（2）由于布设孔口管的平面位置、倾角、外插角的角度都会对管棚的质量起到一定的影响作用，所以其是管棚的导向管。在实际操作中，其孔口管的平面位置、倾角、外插角的角度分别是使用经纬仪、水准尺和前后差距法进行确定。为了避免混凝土浇筑的时候，孔口管发生位移问题，需要在工字钢上牢固焊接上孔口管。
2.3 钻孔平台的搭设和钻机的安装
（1）首先使用枕木一次性搭设好钻机平台，为了更好地将钻孔移动和平台搭设的时间缩短，可以按照从高孔位向低孔位使用两台钻机对称进行钻孔。
（2）为了避免钻机施工的时候发生下沉、摆动、位移的不均匀问题，使得钻孔质量受到影响，搭设好的平台要检查支撑是否稳固、连接是否牢固。
（3）钻机定位：按照平行于已经设定好的孔口管方向要求进行精准地控制钻机的方向。此外，为了确保钻机钻杆轴线能够相吻合孔口管的轴线，还需要使用挂线、钻杆导向和经纬仪进行反复调整钻杆的位置。
2.4 钻孔
（1）本工程采取115mm直径钻头的钻机，这样有利于钢管的安装。
（2）具有较好岩质的岩石可以一次性完成钻孔施工，如果钻孔的时候产生卡钻、坍孔问题，需采取补浆再次进行钻进方式。
（3）钻孔的时候，首先钻进是采取低速低压的方式进行，等到钻进10mm之后，可以结合施工地质情况来确定是否需要对钻速和风压进行调整。
（4）一边钻进，一边还需要使用测斜仪对其位置进行检测是否合格，一旦发现问题需要及时进行处理。
（5）按照同心圆的位置确保动力器、扶正器和合金钻头同时对准该圆心进行钻进。
（6）钻进过程中的原始记录都需要详细记录好，依据岩屑进行判断和描述孔口的地质情况，然后结合这些判断来指导开挖洞身的依据。
2.5 清孔验孔
（1）清孔过程将孔内的浮渣使用地质岩芯钻杆和钻头清扫到孔底，然后按照设计要求检查孔深和孔径是否符合。
（2） 对于孔内的浮渣则是需要使用高压气进行清理。（3）孔深需要使用测斜仪和经纬仪进行检测。
2.6 管棚钢管的安装
（1）在专门的管床上先加工好钢管的丝扣，棚管的四周需要钻出出浆孔。
（2）棚管顶进过程需要采取大于棚管直径的引导孔先钻进，接着钢管需要反压使用10t以上的卷扬机配合滑轮组进行顶进的工艺。
（3）需要检测接长钢管的受力情况是否符合设计的规范要求，并前后错开相邻的钢管接头。一般需要错开1m以上。
2.7 注浆
（1）孔钢花管安装注浆好之后，再进行无孔钢管的施工，其中注浆质量的检查主要是利用无孔钢管进行确定。
（2）本工程是按照水泥浆:水玻璃体积=1:0.5的比例、1:1的水灰比、2～4的水玻璃模数的注浆参数进行施工。
（3）在管棚钢管内使用KBY50/70液压注浆机按照0.5～1MPa的初压和2MPa的终压注入双液浆持续15min。按照1～5倍的钻孔圆柱体进行控制注浆量的大小。如果发现超限的注浆量但是未超出压力范围，这个时候首先需对浆液浓度进行调整，然后继续进行注浆，一直到注浆质量达标为止[3]。
（1）钻孔之前，首先需要对孔位的平面位置、倾角和外插角进行精准测量，并编号每一个孔位。
（2）依据钻孔深度和钻杆的强度确定出钻孔仰角。严格按照1%的钢管长度控制本钻机最大下沉量和左右偏移量。
（3）钻孔平面位置需要严格控制好，避免隧道开挖线内跑入管棚物件，此外相邻的钢管不能发生立交和相撞问题。
（4）孔位的斜度需要不定时进行测量，并及时纠正出现超限误差的情况。加入调整后，若孔位仍超限，需要将其封闭重新进行钻孔。
（5）为了避免钻杆因钻机的压力和速度而发生断裂问题，钻机的过程中，需要控制好钻机的压力和速度。
（6）钻机的时候如果碰上松散的堆积层以及破碎地质的情况，可以采取套管护壁来保证钻机的顺利钻进和钢管的顺序顶进。
针对于浅埋隧道中存在的风化带、软弱围岩、软弱堆积物等不利地质情况，隧道开挖时需要对其采取有效的支护处理。文章通过结合某公路隧道施工建设项目，隧道出口左右洞存在浅埋段，且存在弱风化石英岩、强风化，为确保隧道开挖安全性，对洞口段采用15m管棚的超前支护技术；同时对管内采取注浆加固处理。本工程实施效果表明，所采取的支护形式能形成牢固棚状支护结构的拱形钢架支撑，确保隧道开挖施工安全性。
参考文献：
[1] 宋政文. 管棚支护技术在武广客运专线隧道软弱围岩开挖中的应用[J]. 铁道工程学报，2007（S1）：394-397.
[2] 王福喜. 软弱围岩隧道工程超前管棚支护施工技术[J]. 泰州职业技术学院学报，2005，5（3）：27-29.
（编辑：蔡海霄）
中图分类号：U455
文献标识码：B
收稿日期：2017-05-17
作者简介：李启洋（1988—），男，助理工程师，主要研究方向为公路工程。
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